Харченко В.Ф. Конспект лекцій Електропостачання міст і промислових підприємств
Подождите немного. Документ загружается.
10
Частота – розрізняють ЕП нормальної (50 Гц), підвищеної (більше 50 Гц)
або зниженої (менше 50 Гц). Більшість приймачів працюють на частоті 50 Гц.
Номінальна напруга: ПУЕ розрізняють напругу до і вище 1 Кв. До 1 Кв –
220, 380, 660 (В), вище 1 Кв – 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750 (кВ).
При постійному струмі: 6, 12, 24, 36, 110, 220, 440, 550, 825, 1500,
3000 (В).
Режим роботи. Для силових ЕП розрізняють три режими роботи –
тривалий, короткочасний і повторно-короткочасний. При роботі в тривалому
режимі досягається теплова рівновага і встановлюється визначена температура
ЕП. Короткочасний режим характеризується тим, що після короткочасного
включення і нагрівання його температура за період наступної паузи знижується
до температури навколишнього середовища. Повторно-короткочасний (ПКР), у
ході якого період включення тривалістю t
в
чергується з паузою тривалістю t
п
.
Також як і тривалий режим – приводить до поступового нагрівання ЕП до
сталої температури. Величиною, що характеризує ПКР, є тривалість включення
(ТВ), яка дорівнює:
ТВ=tв/(tв+tв)=tв/Т
ц
, (1.1)
де Т
ц
– тривалість циклу. Число ТВ визначають у відсотках, тобто
ТВ%=ТВ*100. Значення ТВ=1 (або 100%) відповідає тривалому режиму.
Номінальна (встановлена) потужність. Між номінальною потужністю
даного ЕП при тривалому (Р
н
) і повторно-короткочасному (Р
пв
) режимі існує
таке співвідношення:
н ТВ
Р Р ТВ
=
, (1.2)
Звідки видно, що при ТВ
<
1 буде завжди Р
ТВ
>
Рн.
11
Р
с1
Р
с2
t
T
0
1.2. Основні фізичні величини, що характеризують графіки
навантаження
Оскільки, як говорилося вище, ЕП працюють у трьох режимах, то
навантаження більшості з них не залишається постійним, а змінюється з часом
(рис. 1.1).
Рис. 1.1. Основні фізичні величини
Основними характерними для графіків навантаження величинами є
середнє, середньоквадратичне і максимальне навантаження. Домовимось, що
всі величини і показники, які відносяться до групових графіків, позначаємо
прописними літерами латинського алфавіта (Р
м
, S
м,
I
м
), а стосовні до
індивідуальних – рядковими (p
м
, s
м
, i
м
).
Середнє навантаження за інтервал заданої тривалості
Θ
виражається
формулою
1
t
С
t
Р Р(t )dt
Θ
Θ
Θ
+
=
∫
, (1.3)
де Р(t) – поточне значення ординат групового графіка. Аналогічними
формулами можуть бути представлені: середня, повна, реактивна потужності, а
Р
н
Р
м
Р
ет
Р
ст
T
Θ
T
2
Θ
12
також струм. Як видно з рисунка, при різному розташуванні того самого
інтервалу можуть виходити різні величини середнього навантаження Р
с1
і Р
с2
.
Середнє навантаження усього графіка за час Т є величиною залежною тільки
від конфігурації самого графіка і тривалості циклу або періоду спостереження.
Стосовно графіків активної і реактивної потужності, площі яких
визначають витрата активної і реактивної енергії, можна записати:
АТ PT
СТ CT
Р(t )dt Q(t )dt
W W
Р ; Q
T
Т T T
= = = =
∫ ∫
. (1.4)
Середній потужності за час Т відповідає середній струм:
Tí
CT
CT
U
P
I
ϕ
cos3
= , (1.5)
де U
н
– номінальна напруга; сos
ϕ
т
– середньозважене значення сos
ϕ
за час Т,
яке визначається за формулою:
)
W
W
arctgcos(cos
АТ
РТ
=
ϕ
(1.6)
Середньоквадратичне навантаження за деякий інтервал часу визначається
так:
[ ]
2
0
1
Т
ЕТ
Р Р(t ) dt
Т
=
∫
. (1.7)
Середньоквадратичне навантаження характеризує ефект нагрівання
провідника струмом. При нерівномірному графіку середньоквадратичне
навантаження Р
ЕТ
лежить завжди вище середньої Р
СТ
, причому це перевищення
зростає зі збільшенням нерівномірності графіка, тобто при його піковому
характері.
Максимальне навантаження – це абсолютний максимум Р
м
індивідуального або групового графіка ( рис. 1.1).
При умовному зображенні графіка у вигляді прямокутної ламаної лінії
величина максимуму залежить від інтервалу осереднення.
13
Тому уявлення про величину максимального навантаження нерозривно
пов'язане з умовною тривалістю максимуму, що дорівнює інтервалові
осереднення. Наприклад, при інтервалі осереднення півгодинного
навантаження позначають Р
м30
. Коли інтервал осереднення заздалегідь відомий
індекс опускають.
1.2.1. Показники графіків навантаження
У
практичних розрахунках зручно користуватися, крім іменованих
значень фізичних величин – максимального, середнього і
середньоквадратичного навантажень, також деякими відносними показниками
(
коефіцієнтами), що характеризують режим роботи окремих ЕП і їхніх груп.
Розглянемо ці показники і зв'язки між ними.
Коефіцієнт використання виражає відношення середнього
навантаження до номінального.
Для індивідуальних графіків:
н
с
в
р
р
к =
. (1.8)
для групових:
нi
n
1i
сi
н
с
в
P
Р
Р
Р
К
∑
=
==
, (1.9)
де Р
н
– номінальна активна потужність групи ЕП, дорівнює:
∑
= i)ТBp(Р
ТBнi
. (1.10)
Тут р
пв
– паспортна (за каталогом або заводською табличкою) потужність
двигуна, призначеного для роботи в ПКР. Оскільки у формулі стоїть середня
потужність за якийсь час, очевидно, що коефіцієнт використання повинен бути
віднесений до того ж інтервалу осереднення.
У теорії і практиці розрахунків найбільш вживаними інтервалами
осереднення є цикл – індивідуального і робоча зміна для групових коефіцієнтів.
14
Коефіцієнт використання завжди менше одиниці. Обстеження
навантажень діючих підприємств показує, що для кожної характерної групи
навантажень виходять деякі межі коефіцієнтів використання, що
спостерігаються. Далі ми ознайомимося з цими значеннями.
Коефіцієнт включення. Він характеризує ступінь використання ЕП за
часом. Стосовно одного ЕП цей показник аналогічний раніше наведеному
поняттю тривалості включення:
1≤=
+
=
Ц
в
Пв
в
вк
Т
t
tt
t
к . (1.11)
Груповий
коефіцієнт
включення
вк
К
:
1
1
1
1
≤==
∑
∑
∑
=
=
=
Н
Нi
n
i
Вi
n
i
Нi
Нi
n
i
Вi
вк
Р
рк
р
рк
К
. (1.12)
Це
відношення
середньої
за
цикл
групової
включеної
потужності
до
всієї
номінальної
потужності
.
Коефіцієнт завантаження. Для
індивідуального
ЕП
:
Нвк
С
З
рк
р
к =
. (1.13)
Це
відношення
середньої
потужності
за
час
включення
до
його
номінальної
потужності
за
цикл
.
Оскільки
Н
С
в
р
р
к =
,
то
вк
в
З
к
к
к =
. (1.14)
Останній
вираз
дозволяє
записати
формулу
для
групового
коефіцієнта
завантаження
:
15
ВК
в
З
К
К
К =
. (1.15)
Коефіцієнт максимуму. Це
відношення
максимуму
тієї
або
іншої
тривалості
до
відповідного
середнього
навантаження
тієї
ж
тривалості
,
тобто
С
М
М
Р
Р
К =
. (1.16)
Знаючи
величину
К
М
можна
визначити
очікуваний
розрахунковий
максимум
активної
потужності
:
Р
М
=
К
М
•
Р
С
.
Звичайно
в
практичних
розрахунках
використовують
цей
вираз
.
Коефіцієнт попиту. Цей
коефіцієнт
зв
'
язує
максимум
цієї
або
іншої
тривалості
з
номінальною
потужністю
:
НПМ
РКР
=
.
Розділивши
обидві
частини
на
середнє
навантаження
Р
С
,
отримаємо
:
С
НП
С
М
Р
РК
Р
Р
=
. (1.17)
Оскільки
Н
С
в
Р
Р
К =
, (1.18)
а
М
С
М
К
Р
Р
=
,
то
в
ПМ
К
КК
1
=
,
або
МвП
ККК
=
(1.19)
Коефіцієнт заповнення (або коефіцієнт навантаження):
1
Р
Р
К
М
С
Н
≤=
. (1.20)
Свого
граничного
значення
,
рівного
одиниці
,
цей
показник
досягає
лише
при
навантаженні
,
яке
не
змінюється
в
часі
,
чого
практично
не
буває
.
16
Порівнюючи
К
в
з
К
М
,
можна
бачити
,
що
коефіцієнт
навантаження
є
величиною
,
зворотною
коефіцієнту
максимуму
,
тобто
:
К
Н
=1/
К
М
.
Усі
вище
викладені
формули
для
активної
потужності
можна
переписати
і
для
реактивного
навантаження
,
але
всі
коефіцієнти
позначаються
,
для
індивідуальних
ЕП
буквою
l,
а
для
групових
прописною
L.
Індекси
зберігаються
,
як
і
для
активної
потужності
.
Наприклад
:
С
М
М
Q
Q
L =
. (1.21)
Вище
було
наведено
визначення
максимуму
середнього
навантаження
за
ковзний
інтервал
часу
.
Величина
і
розміщення
ковзного
інтервалу
Θ
на
графіку
повинні
бути
обрані
так
,
щоб
осереднене
навантаження
,
що
одержується
при
цьому
,
було
максимальним
.
Таке
навантаження
приймається
за
вихідне
при
проектуванні
й
експлуатації
мереж
і
називається
розрахунковим
.
Протікання
струму
по
провідниках
викликає
їх
нагрівання
,
тому
розрахункове
навантаження
повинне
вибиратися
так
,
щоб
перегрів
провідника
щодо
температури
навколишнього
середовища
не
перевищив
припустимого
.
За
розрахункове
навантаження
приймають
незмінний
струм
I
р
,
що
викликає
перегрів
провідника
,
дорівнює
перегріву
при
фактичному
,
що
змінюється
в
часі
,
навантаженні
I(t).
З
'
ясуємо
,
який
інтервал
осереднення
повинен
бути
прийнятий
при
визначенні
розрахункового
навантаження
.
Звичайно
вважають
,
що
сталий
тепловий
стан
тіла
,
що
нагрівається
(
провідника
)
настає
після
закінчення
трьох
теплових
постійних
часу
(3
Т
0
).
У
дійсності
до
кінця
цього
періоду
перегрів
досягає
лише
95%
свого
сталого
значення
.
Отже
максимум
Р
м
на
рисунку
можна
розглядати
як
розрахункове
навантаження
лише
тоді
,
коли
інтервал
його
осереднення
Θ
дорівнює
3
Т
0
або
хоча
б
приблизно
відповідає
цьому
.
Тоді
можна
вважати
I
р
=I
м
.
Провідники
й
кабелі
найбільш
розповсюджених
середніх
перерізів
і
звичайних
конструкцій
мають
постійну
часу
близько
10
хв
.
Це
дає
підставу
прийняти
за
розрахунковий
максимум
середнє
навантаження
тривалістю
30
хв
.
17
(
так
званий
півгодинний
максимум
).
Інші
елементи
заводських
мереж
,
наприклад
потужні
струмопроводи
або
трансформатори
,
володіють
,
звичайно
,
більшою
постійною
часу
нагрівання
,
і
тому
їх
варто
вибирати
не
за
півгодинним
максимумом
,
а
за
максимумом
більшої
тривалості
.
Однак
для
створення
однакової
методики
розрахунків
«
Вказівки
щодо
визначення
електричних
навантажень
промислових
підприємств
»
рекомендують
для
всіх
елементів
електричних
мереж
визначати
півгодинний
максимум
.
1.3. Основні методи визначення розрахункового навантаження
1.3.1. Метод питомої витрати електроенергії
Деякі
ЕП
і
їх
групи
споживають
з
мережі
навантаження
,
майже
незмінні
в
часі
.
Графік
навантаження
таких
ЕП
близький
до
прямої
лінії
і
,
отже
,
їх
розрахункове
навантаження
при
будь
-
якому
інтервалі
осереднення
дорівнює
середньому
за
цикл
.
До
таких
ЕП
можуть
бути
віднесені
компресори
,
насоси
,
електролізні
установки
,
а
в
деяких
випадках
й
інші
механізми
і
агрегати
безперервної
дії
та
автоматичні
лінії
.
Позначивши
через
М
кількість
продукції
в
натуральному
вираженні
(
шт
.,
кг
,
м
3
),
що
виготовляється
за
цикл
,
ω
уд
–
питому
витрату
електроенергії
на
одиницю
цієї
продукції
в
шт
годкВт
•
,
отримаємо
розрахунковий
максимум
:
Р
р
=
М
*
ω
уд
/
Т
ц
, (1.22)
де
Т
ц
–
тривалість
циклу
,
год
.
З
огляду
на
,
що
технологічні
питомі
витрати
електроенергії
звичайно
бувають
стійкими
,
можна
вважати
,
що
ця
найпростіша
формула
визначає
розрахункове
навантаження
досить
вірогідно
.
Іншою
модифікацією
методу
питомої
витрати
електроенергії
є
розрахунок
за
питомою щільністю навантаження на
одиницю
площі
цеху
р
0
,
кВт
/
м
2
.
Якщо
площу
,
яку
займає
група
ЕП
,
позначити
F,
м
2
,
то
розрахункове
навантаження
,
кВт
,
цієї
групи
буде
:
Р
р
=
р
0
•F.
Дослідження
показали
,
що
18
значення
р
0
рідко
бувають
стійкими
.
Навіть
у
серійному
автоматизованому
або
потоковому
виробництві
ці
величини
мають
досить
широкий
розкид
.
До
того
ж
обсяг
статистичних
даних
про
числові
значення
цього
показника
недостатній
,
унаслідок
чого
практичне
застосування
виразу
досить
обмежено
.
Для
деяких
виробництв
питома
щільність
силового
навантаження
складає
(
Вт
/
м
2
):
ливарні
плавильні
цехи
– 230-370;
механічні
й
складальні
цехи
– 300-580;
механоскладальні
цехи
– 280-390;
електрозварювальні
і
термічні
цехи
– 300-
600;
цехи
металоконструкцій
– 350-390;
інструментальні
цехи
– 330-590;
допоміжні
цехи
– 260-300.
1.3.2. Метод коефіцієнта попиту
Ми
вже
розглядали
вираз
,
що
пов
'
язує
розрахункове
навантаження
з
номінальною
потужністю
групи
електроприймачів
:
Р
р
=
Р
м
=
К
П
*
Р
н
, (1.23)
де
К
П
–
коефіцієнт
попиту
за
активною
потужністю
,
віднесений
до
того
ж
інтервалу
осереднення
,
що
і
навантаження
,
яке
розраховується
.
Як
вказувалося
,
цей
інтервал
звичайно
приймають
рівним
30
хв
. (
півгодинний
максимум
).
Якщо
в
ході
розрахунків
одночасно
доводиться
оперувати
не
тільки
з
півгодинним
максимумом
,
але
і
з
максимумом
іншої
тривалості
,
рівним
t,
то
позначення
коефіцієнта
попиту
доповнюється
другим
відповідним
числовим
індексом
Пt
К
,
наприклад
,
для
годинного
максимуму
К
П 60
.
У
розглянутому
методі
коефіцієнт
попиту
представляється
у
вигляді
постійної
величини
,
що
залежить
від
роду
споживачів
і
їх
технологічного
режиму
,
але
не
залежить
від
числа
ЕП
,
що
входять
у
групу
.
Однак
таке
припущення
суперечить
фізичному
змістові
й
основним
уявленням
про
закони
формування
електричних
навантажень
і
теоретично
прийнятне
лише
при
нескінченно
великому
числі
ЕП
у
групі
(100
і
більше
).
19
1.3.3. Метод упорядкованих діаграм
Цей
метод
установлює
зв
'
язок
між
розрахунковим
навантаженням
і
індивідуальними
показниками
режиму
роботи
ЕП
.
Опускаючи
математичні
висновки
і
їх
обґрунтування
,
докладно
викладені
автором
методу
Каяловим
,
наведемо
лише
кінцевий
вираз
,
за
яким
встановлюється
розрахункове
значення
півгодинного
коефіцієнта
максимуму
активного
навантаження
:
( )
ВАК
n
1f3
1К
Ф
е
2
КІ
М
−
−
+=
, (1.24)
де
КІ
f
–
коефіцієнт
форми
впорядкованої
діаграми
індивідуальних
коефіцієнтів
використання
;
Ф
К
–
груповий
коефіцієнт
форми
графіка
навантаження
за
найбільш
завантажену
зміну
,
а
коефіцієнти
А
і
В
мають
наступні
числові
значення
,
що
залежать
від
величини
К
Ф
:
при
К
Ф
<
1,1
буде
А
=4,1;
В
=3,1,
при
5,1К1,1
Ф
≤≤
буде
А
=2,8;
В
=1,67.
Дослідження
Каялова
показали
,
що
величини
f
КІ
лежать
у
межах
1,05-1,2.
Слід
зазначити
,
що
всі
висновки
й
розрахункові
формули
методу
упорядкованих
діаграм
справедливі
при
5.1≤
Ф
К
і
15,0
≥
ВК
К
,
що
звичайно
і
має
місце
на
практиці
.
Менше
значення
коефіцієнта
включення
обумовлює
короткочасні
,
нестабільні
режими
роботи
,
при
яких
навантаження
має
піковий
характер
.
Безпосереднє
практичне
використання
виразу
при
ручному
розрахунку
виявляється
важким
,
унаслідок
складної
структури
залежності
величини
К
Ф
від
показників
режиму
роботи
ЕП
,
що
входять
у
групу
.
Застосовуючи
ряд
припущень
у
практичних
розрахунках
,
виявилося
можливим
спростити
вираз
і
виразити
півгодинний
коефіцієнт
максимуму
залежно
від
двох
основних
величин
: n
е
і
В
К
.
Отримані
результати
зведені
в
таб
.
Д
1.1.
Таблиця
побудована
для
n
е
від
4
до
200.
Як
ви
вже
знаєте
,
що
К
м
=
Р
м
/
Р
с
,
тоді
Р
м
=
К
м
•
Р
с
,
а К
в
=
Р
с
/
Рн. Тоді
максимальне
навантаження
Р
м
=
К
м
•
К
в
•
Р
н
, (1.25)